CN103819109A - 一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法 - Google Patents

一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法，包括将惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒混合和将混合物通过物理方法使得惰性无机粉末材料嵌入废橡胶粉的步骤。本发明的方法中，无机惰性粉末材料与橡胶颗粒可以根据应用需要以任意比例混合，通过物理方法让无机惰性粉末材料嵌入橡胶粉，能够显著增加橡胶水泥基粉与水泥浆体粘合强度，同时增加橡胶水泥基粉密度，便于橡胶水泥基粉在混凝土中均匀分布。

Description

一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法，属于建材领域。
背景技术
近30年来，美国、加拿大、日本、韩国等发达国家已考虑将粉碎的废旧轮胎橡胶颗粒应用于水泥基材料中，亚利桑那州大学的Zhu教授（现在是天津大学教授）通过研究发现，拌合760cm3的水泥基材料至少可以利用5个废旧轮胎所产生的橡胶颗粒，并于2006年8月在天津市武清区武香路二百户东口桥的修建过程中，世界上首次使用橡胶集料混凝土进行了桥面铺装。在迄今7年的使用中，观察未发现铺装层产生裂纹以及开裂现象。针对观测结果，分析应用于桥面铺装的橡胶集料混凝土的工程性和经济性。结果表明：桥面铺装是橡胶集料混凝土有很好适用性和优势的应用之一，其耐久性得到初步验证，值得进一步研究推广，因此橡胶水泥基材料可以在很大程度上缓解废旧轮胎堆积所造成的环境污染，具有很大的环保、社会效益。
不少的研究表明，废橡胶颗粒代替骨料应用于水泥基材料后，水泥基材料的弹性增加可以改善它的抗冲击、抗冻、抗裂、吸声、保温、隔热等性能，同时还具有防滑、消声、防盐雾腐蚀，防地基翻碱等性能，但是由于废橡胶粉的憎水性，与水泥基材料的相容性差，易造成分层，使其强度大幅下降，较大地限制了其应用。
通过橡胶颗粒表面改性可以减缓水泥混凝土强度的降低，目前应用于水泥基材料的橡胶颗粒表面改性方法主要有超声波水洗、臭氧或三氧化硫活化、NaOH溶液清洗等手段使橡胶粉表面结合上亲水的极性基团，如羧基、磺酸基等。公开号为CN101638465A的中国发明专利，公开了一种用于水泥基材料的橡胶颗粒表面改性方法，具体技术方案是：先将丙烯酸配制成乙醇溶液，再将平均分子量为1000的聚乙二醇加入所述的丙烯酸-乙醇溶液中，撒在橡胶颗粒表面，再将作为催化剂过硫酸钾配制成水溶液，撒在橡胶颗粒表面。在搅拌机中充分搅拌数分钟，然后在80℃~90℃进行加热反应1小时，得到改性橡胶粉。虽然该专利技术比较方便解决了废橡胶颗粒表面改性，但是实际施工中由于废橡胶粉密度远远小于水泥浆密度，使得橡胶粉容易漂浮于混凝土表面，造成搅拌分层，不利于施工。
发明内容
针对废橡胶颗粒表面改性成本高又有化学材料的三废排放和水泥浆密度与废橡胶粉密度差异大引起的施工不便等问题，本发明的目的在于：提供一种更低成本的方法使橡胶水泥基粉与水泥基良好地胶结，同时根据橡胶水泥基粉密度与不同密度的水泥浆匹配便于施工，使得橡胶水泥基粉基本按照设计要求均匀分布于水泥混凝土中。
本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法，包括如下步骤：
1）  将惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒混合；
2）  将步骤1得到的混合物通过物理方法使得惰性无机粉末材料嵌入废橡胶粉。
在本发明中，步骤1所述惰性无机粉末材料是指不易发生化学反应的无机材料的粉末，包括但不限于硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、铁矿粉、石英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷矿粉、石棉矿粉、石墨粉、硅粉等；其粒径可以根据实际需要进行调整，在一个具体实例中，所述惰性无机粉末材料和废橡胶颗粒粒径不小于10目，例如：10目、20目、30目、40目、50目和60目等。
在本发明中，所述惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒可以按一定比例混合，在一个具体的实例中，惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒的重量比为3%-70%：97%-30%。两者的比例可以根据实际水泥浆配比的要求进行调整，当水泥浆密度较高时，惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒的混合物中废橡胶颗粒的含量比较高，当水泥浆密度较低时，惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒的混合物中惰性无机粉末材料的含量比较高。在本发明中，惰性无机粉末材料在混合物中所占重量比例可以是5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%或70%，废橡胶颗粒在混合物中所占重量比例可以是95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%或30%。
本发明步骤2所述的物理方法可以是包括但不限于机械力碾压、螺旋挤压、高速剪切、气流磨对撞、超声波共混处理等方法。 通过物理的方法，使得所述惰性无机粉末材料中的一种或多种嵌入到废橡胶粉中，这种嵌入可以是全部嵌入，也可以是部分嵌入。通过此方法得到的橡胶粉混合物中有三种物质形态：a.无机惰性粉末材料未嵌入的橡胶粉，b.无机惰性粉末材料嵌入橡胶粉形成复合体，c.无机惰性粉末材料单独存在颗粒。
通过步骤1和2的处理，得到的无机惰性粉末材料与橡胶粉镶嵌的共混物称为橡胶水泥基粉，其与水泥有良好的胶结，从而大幅度提高橡胶水泥基粉与水泥浆体界面粘胶强度，同时由于无机惰性粉末嵌入橡胶粉里，增大了橡胶水泥基粉的密度使得橡胶粉不容易向上离析分层，根据调节橡胶颗粒与无机惰性粉末材料比例所得到的橡胶水泥基粉均匀分散在水泥混凝土中。
本发明的有益效果在于：
1、无机惰性粉末材料与橡胶颗粒可以根据应用需要以任意比例混合；
2、通过物理方法让无机惰性粉末材料嵌入橡胶粉，能够显著增加橡胶水泥基粉与水泥浆体粘合强度，同时增加橡胶水泥基粉密度，便于橡胶水泥基粉在混凝土中均匀分布。
附图说明
图1为本发明的无机惰性粉末材料与橡胶粉共嵌单体的显微结构。
图2为本发明的橡胶水泥基粉的显微结构。
图3为本发明的橡胶水泥基粉和普通橡胶粉亲水性对比，图中左样杯中为橡胶水泥基粉（60目），右样杯中为普通橡胶粉（60目）。
图4为本发明实施例1橡胶混凝土的抗折强度测试结果。
图5为本发明实施例1橡胶混凝土的抗压强度测试结果。
图6为本发明实施例2的原浆水泥石（左）与3%橡胶水泥石（右）破坏形态对比图。
图7为本发明实施例2的空白样水泥石（左）和6%橡胶水泥（右）的弹性模量对比图。
具体实施方式
实施例1：橡胶混凝土的制品
将18000g 40目废橡胶粉（90%）与2000g 40目硅藻土（10%）通过搅拌器搅拌5分钟，制备成混合初料；混合初料通过碾挤机制成橡胶水泥基粉。按照JGJ55－2000和JTG F30－2003试验方法制备橡胶混凝土模块。（见表1）
 表1      混凝土各项材料用量
Figure 98446DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例1橡胶混凝土的抗折、抗压强度测试结果见图3和图4。
从对比的抗折、抗压强度测试结果可以看到，在橡胶水泥基粉掺加比例为5%时，抗折强度高于未加橡胶水泥基粉的水泥混凝土；在橡胶水泥基粉掺加比例为5%，10%和15%时，抗压强度高于未加橡胶水泥基粉的水泥混凝土。这说明橡胶微粒与水泥浆之间的粘结很好，当橡胶水泥构成的混凝土受力时，橡胶微粒受力时的各向异性分解了力；当橡胶水泥基粉掺加比例较大时，柔性支撑点增多，强度降低。
实施例2：弹性水泥浆石块的制品
将40 kg 40目废橡胶粉（80%）与10 kg 40目硅藻土（20%）通过搅拌器搅拌5分钟，制备成混合初料；混合初料通过碾挤机制成橡胶水泥基粉。按照重量比4%、6%和8%在水泥浆中添加橡胶水泥基粉，制得橡胶水泥石。
表2 橡胶水泥石体系力学性能
Figure 77903DEST_PATH_IMAGE002
。
 表3  橡胶水泥体系综合力学性能
Figure 123220DEST_PATH_IMAGE003
。
 通过水泥石机械性能分析可以发现，提高水泥石弹性的主要表现在泊松比的增加、弹性模量的降低。通过对比不同加量的橡胶水泥基粉加量的水泥石弹性模量的动态测试发现，常规水泥浆弹性模量仅为12.6GPa，而橡胶水泥基粉加量达到6%时，弹性模量提高为17.3GPa，强度方面常规水泥浆强度为21MPa，而加量达到6%的橡胶粉混合物的水泥浆强度提高到31 MPa。
实施例3泌页1井现场应用
基本情况介绍，井身结构：
Figure 800320DEST_PATH_IMAGE004
。
设计总替量37.7 m3，实际替量38 m3。
固井质量
固井质量基本情况介绍：封固层位：2588-3707m，实测人工井底：3644m。
结论：
（1）橡胶水泥基粉改性后效果明显，能够作为油井水泥外加剂，能够改善水泥浆的弹塑，但是对抗压强度一定的降低，但是能够明显提高抗折强度；
（2）通过实验表明，橡胶水泥基粉加量应该控制在3%－6%之间，超过85℃建议使用数量为3~5%左右为宜；
（3）橡胶水泥基粉-水泥浆体系具有较好的膨胀性，且防气窜性能良好；
（4）泌页1井现场应用效果表明：橡胶水泥基粉能够有效的保证一、二界面的封固质量。
综合评定：良好的力学性能，弹性和韧性明显改善；基本性能良好，满足水平井固井需求，优良率：90%。 

Claims (9)

1.一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法，包括如下步骤：
1）  将惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒混合；
2）  将步骤1得到的混合物通过物理方法使得惰性无机粉末材料嵌入废橡胶粉。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤1的惰性无机粉末材料选自硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、铁矿粉、石英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷矿粉、石棉矿粉、石墨粉、硅粉中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤1所述的废橡胶颗粒粒径不小于10目。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤1中惰性无机粉末材料与废橡胶颗粒的重量比为3%-70%：97%-30%。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤2所述的物理方法选自机械力碾压、螺旋挤压、高速剪切、气流磨对撞、超声波共混处理等。
6.如权利要求1所述的方法，其中步骤2中惰性无机粉末材料为全部或部分嵌入废橡胶粉。
7.如权利要求1-6所述的方法制备的橡胶水泥基粉。
8.如权利要求7所述的橡胶水泥基粉的使用方法，包括将橡胶水泥基粉与水泥浆混合。
9.如权利要求7所述的橡胶水泥基粉在水泥混凝土中的用途。
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